Agentes Inteligentes e Sistemas Multi- agente Construção de Sociedades de Agentes IST- 2003/2004 Ana Paiva.

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1 Agentes Inteligentes e Sistemas Multi- agente Construção de Sociedades de Agentes IST- 2003/2004 Ana Paiva

2 A. Paiva Porquê sociedades??? A criação de sociedades de agentes em deterimento da criação de um simples agente surge por diversas razões, de entre as quais:  Da necessidade de adoptar uma solução distribuída para a resolução de problemas complexos;  Da necessidade de criar modelos de sociedades para explicar determinados factores de emergência de comportamento social; e  Da necessidade de simular sociedades reais para fins educacionais ou mesmo de entretenimento.

3 A. Paiva Problemas a resolver 1) Problema dos comportamentos sociais e individuais Como especificar os comportamentos sociais dos agentes? Como é que os comportamentos dos outros e da sociedade influenciam o comportamento individual? 2) Problema da estrutura da organização Como organizar uma sociedade de agentes para que no global, esta execute a tarefa desejada? Qual o tipo de estrutura mais adequada para a tarefa em causa? Como definir os aspectos do comportamento individual para que sejam integrados na sociedade levando a um comportamento global desejado? Que tipos de mecanismos há que levem ao surgimento e desaparecimento de sociedades?

4 A. Paiva Problemas a resolver 3) Problema da comunicação entre agentes Que tipo de comunicação entre agentes é a mais adequada à estrutura escolhida? Que linguagens de comunicação existem e podem ser usadas para a comunicação entre agentes numa sociedade de agentes? Que conceitos (ontologias) são necessários ser partilhados para que os elementos da sociedade consigam interpretar as mensagens recebidas? 4) Cooperação, colaboração e negociação Que mecanismos de cooperação são necessários para que os agentes executem cooperativamente uma dada tarefa? Que estruturas de organização são as mais adequadas para determinados tipos de cooperação? Que linguagens existem que podem ser usadas para permitir a cooperação e negociação entre agentes numa sociedade?

5 A. Paiva Problema 1: Dos comportamentos individuais aos comportamentos sociais Como especificar os comportamentos sociais dos agentes? Como é que os comportamentos dos outros e da sociedade influenciam o comportamento individual? Exemplo: O loading Dock

6 A. Paiva Agentes simples: BOIDS, Reinolds, 1987 Simulações de bandos de pássaros (baseados em modelos de simulação de sistemas de partículas: em que cada partícula é um pássaro) e em que o comportamento final do sistema é na realidade resultante do comportamento distribuído pelos diversos componentes elementares (pássaros simulados).  Cada pássaro é simulado através de um agente independente que navega de acordo com a sua percepção local de um ambiente dinâmico, bem como das leis físicas que regulam o movimento.  Cada agente tem um conjunto de comportamentos individuais relativamente simples e identificáveis.  Cada agente é animado à custa da definição de comportamentos geométricos (tais como voar, levantar, mudar de rota, pousar).

7 A. Paiva Voo geométrico  O comportamento geométrico de voar (voo geométrico) é um movimento ao longo de um percurso que possui transformações incrementais do objecto.  O percurso não é especificado previamente.  Para cada agente, o voo geométrico é limitado em velocidade e factores como a gravidade são tidos em conta para a definição do comportamento de pousar.

8 A. Paiva Percepção  Os agentes individuais têm capacidade de percepção do ambiente.  Esta capacidade é limitada dando- lhes assim informação similar à recebida pelos animais reais.  Esta característica é obtida através da filtragem da informação disponível sobre o ambiente.  A percepção de um dado agente é definida em relação à exponencial inversa da distância.

9 A. Paiva A questão está portanto em determinar como é que o ambiente e a presença dos outros pássaros iria influenciar o comportamento individual?

10 A. Paiva Solução Foi assim observado que existem nos pássaros comportamentos mais ou menos opostos que se equilibram, sendo estes:  evitar a colisão (os agentes pássaros devem evitar a colisão como outros pássaros do bando);  emparelhar da velocidade (os agentes pássaros devem tentar manter a velocidade a par com a velocidade dos seus companheiros que estão perto);  ou centralizar no bando (os agentes pássaros devem manter-se perto dos seus companheiros).

11 A. Paiva Realização Estes comportamentos foram realizados nos pássaros como simples regras. Cada um destes comportamentos tem associada uma regra. Por exemplo, a regra para evitar uma colisão e a regra de emparelhamento da velocidade são complementares, mas colocadas conjuntamente garantem que os membros do bando são por um lado livres de voar em bandos cheios de pássaros e por outro que não choquem uns nos outros. MOVIE…

12 A. Paiva BOIDS: Mais informação  http://www.red3d.com/cwr/steer/

13 A. Paiva Problema 2: A criação de sociedades e a sua estrutura Como organizar uma sociedade de agentes para que no global, esta execute a tarefa desejada? Qual o tipo de estrutura mais adequada para a tarefa em causa? Como definir os aspectos do comportamento individual para que sejam integrados na sociedade levando a um comportamento global desejado? Que tipos de mecanismos há que levem ao surgimento e desaparecimento de sociedades?

14 A. Paiva Sistema multi-agente

15 A. Paiva Como estudar as interações entre agentes? Noção de “ encontro ”  Os agentes na sociedade escolhem que acção executar.  Como resultado das acções escolhidas, haverá um resultado R  No entanto, o resultado final dependerá da combinação das diversas acções dos diversos agentes  Vamos assumir que os agentes têm dois tipos de acção: C (cooperar) e D (não cooperar)  O comportamento do ambiente é dado por uma função de transformação de estado: τ : Ac i x Ac j -> R

16 A. Paiva Exemplos de Funções de Transformação dos estados 1. τ(D,D) = ω1 τ(D,C) = ω2 τ(C,D) = ω3 τ(C,C) = ω4 (o ambiente reage às acções de ambos os agentes) 2. τ(D,D) = ω1 τ(D,C) = ω1 τ(C,D) = ω1 τ(C,C) = ω1 (o ambiente não reage às acções de nenhum dos agentes) 3. τ(D,D) = ω1 τ(D,C) = ω2 τ(C,D) = ω1 τ(C,C) = ω2 (o ambiente reage às acções do agente j sendo controlado por ele)

17 A. Paiva Como caracterizar a influência que uns agentes têm nos outros e no ambiente? - O problema das influências e cooperação entre agentes - O problema da organização dos agentes - O problema da comunicação entre agentes Problema

18 A. Paiva O Problema da Organização dos agentes Propriedades de um grupo de agentes: tem associado um conjunto contável de identificações dos agentes; os agentes têm um estado representado internamente; os agentes são capazes de estabelecer comunicação entre si (por exemplo, através de mensagens); existe um conjunto de regras estabelecidas para a interacção entre os agentes e que tem impacto nas capacidades internas dos próprios agentes. Os grupos de agentes que podem estar organizados segundo uma determinada estrutura e com vista a determinados objectivos.

19 A. Paiva Estrutura de um grupo de Agentes um padrão de informação e relações de controlo que existem entre os agentes, bem como a distribuição das capacidades de resolução de problemas pelos agentes

20 A. Paiva Propriedades das Estruturas de agentes Uma estrutura especifica os papeis e as relações entre agentes, garantindo as seguintes propriedades:  cobertura (cada porção necessária ao problema completo deve estar dentro das capacidades de resolução de problemas de pelo menos um dos agentes);  ligação (os agentes devem interagir de forma a permitir que as actividades cobertas possam ser desenvolvidas e integradas numa solução completa);  competência (a cobertura e a ligação devem ser atingíveis com as limitações quer de comunicação quer de recursos que existe no grupo), ou seja, para garantir a cobertura, a estrutura do grupo de agentes deve reflectir nos papeis dos agentes as suas competências e o seu conhecimento.

21 A. Paiva Definição de Organização de Agentes O conceito de organização de agentes (e segundo Gasser) "pode ser visto como um conjunto particular de questões bem ou não estabelecidas sobre crenças e acções através das quais os agentes vêm os outros agentes”. O conceito de organização é diferente das: - relações estruturais entre os elementos do grupo de agentes (estrutura), - do conjunto de limitações às suas actividades (regras de comportamento), A noção de organização está associada à de um grupo de agentes com compromissos mútuos, globais, crenças mútuas e intenções partilhadas tal que agem conjuntamente para atingir um dado objectivo, podendo estar organizados de acordo com uma dada estrutura.

22 A. Paiva Tipos de Estruturas de Agentes  Estruturas hierárquicas  Estruturas de Mercado

23 A. Paiva Estruturas Hierárquicas  Estrutura hierárquica orientada ao produto

24 A. Paiva Estruturas Hierárquicas  Estrutura hierárquica Funcional

25 A. Paiva Modelos de Mercado Modelo de Mercado Descentralizado

26 A. Paiva Modelos de Mercado (Centralizado) Modelo de Mercado Centralizado

27 A. Paiva Neste modelo, são os agentes intermediários que coordenam as tarefas dos agentes de um dado tipo sendo portanto necessário estabelecer as seguintes comunicações:  Os gestores têm que comunicar com os intermediários para pedir para que uma dada tarefa seja executada;  os intermediários têm que comunicar com os vendedores;  uma vez contactados os vendedores, os intermediários atribuem as tarefas ao melhor vendedor disponível;  finalmente os intermediários comunicam o resultado aos gestores. Modelos de Mercado (Centralizado)

28 A. Paiva Estruturas em Federação

29 A. Paiva Exemplo: Projecto Knowledge Community Hierarquia de Agentes

30 A. Paiva Exemplo: RETSINA  Agentes de interface- interagem com o utilizador para receber as especificações e dar-lhe os resultados obtidos. São os responsáveis por obter as especificações das preferências do utilizador guiando o sistema na direcção de apoiar o utilizador.  Agentes de tarefa- ajudam o utilizador a executar as tarefas através da construção de planos de resolução de problemas. Estes agentes necessitam de trocar informação com outros agentes, para a execução dos seus planos. São estes agentes que têm o conhecimento da tarefa podendo resolver conflitos e juntar informação obtida dos agentes de informação.  Agentes de informação- são os responsáveis pelo acesso à informação dado que existem colecções heterogéneas de informação.

31 A. Paiva Exemplo: RETSINA (2)

32 A. Paiva Problema 3: Comunicação entre Agentes Que tipo de comunicação entre agentes é a mais adequada à estrutura escolhida? Que linguagens de comunicação existem e podem ser usadas para a comunicação entre agentes numa sociedade de agentes? Que conceitos (ontologias) são necessários ser partilhados para que os elementos da sociedade consigam interpretar as mensagens recebidas?

33 A. Paiva Comunicação entre Agentes "uma troca intencional de informação originada pela produção de símbolos e a sua percepção derivada de um sistema convencional de sinais"

34 A. Paiva Comunicação entre Agentes  Baseada em Speech Acts- tratamento da comunicação como acção.  Originalmente por Austin (1962) que notou que certas classes de expressões de fala – speech acts (actos de fala)- têm caracteristicas de acção.  Austin identificou um conjunto de verbos performativos ( performative verbs ) que correspondem a diversos tipos de speech acts. Exemplo: “request”, “inform”.  Austin também identificou 3 tipos de actos de fala: Locutionary act- o acto de construção da frase. Illocutionary act – a acção executada quando é dito algo. Prelocution- o efeito do acto.

35 A. Paiva Comunicação entre Agentes: SEARLE Trabalhou sobre o trabalho de Austin e apresentou a sua teoria no livro Speech Acts. Propriedades necessárias para que a comunicação entre um “speaker” e “hearer”: (1) Condições de I/O normais- o hearer consegue ouvir o acto do speaker (por exemplo um request). (2) Condições preparatórias- condições que têm que ser verdade no mundo para o speaker escolher um dado speech act. (3) Condições de sinceridade- o speaker é sincero na sua informação ou pedido.

36 A. Paiva Tipos de Actos de Fala 1. Representativos- dá o comprometimento de S de que uma dada proposição é verdade (ex. Informing) 2. Directivos – pedido de S para que H faça algo (ex. Request) 3. Comissivos – comprometimento de S a uma dada acção (ex. Promisse) 4. Expressivo- expressão de um estado psicológico (ex. Agradecimento) 5. Declaration- execução de mudanças no estado de coisas (ex. Declaração de guerra)

37 A. Paiva Linguagens de Comunicação entre Agentes ARPA financiou o programa KSE (Knowledge Sharing Effort-KSE). O KSE foi organizado em quatro grupos de trabalho: 1. Interlingua; - destinava-se a desenvolver uma linguagem comum de comunicação entre agentes que permitisse expressar o conteúdo de uma dada base de conhecimentos. Resultado: KIF (Knowledge Interchange Format) o qual é baseado em lógica de primeira ordem com algumas extensões para o suporte de definições e raciocínio não monótono. 2. KRSS (Knowledge Representation Systems Specification), destinava-se a definir as construções básicas em famílias de linguagens de representação de conhecimento 3. SRKB (Shared, Reusable Knowledge Bases) - destinava-se a facilitar a partilha de conhecimento focando mais o trabalho nos conteúdos. 4. External Interfaces- focou o seu trabalho na definição das interacções "runtime" entre diversas bases de conhecimento (ou agentes) e como resultado desse trabalho surgiu a linguagem KQML

38 A. Paiva Linguagens de Comunicação entre Agentes Pode-se dividir uma comunicação em KQML por 3 camadas: 1. a camada conteúdo (pode ser codificado em qualquer linguagem de representação); 2. mensagem (é a linguagem KQML em si, codifica a mensagem com todos os seus parâmetros segundo a sintaxe KQML): 3. e comunicação (contém informação como: identificação do emissor e do receptor, ID da comunicação, etc...) Em termos sintáticos o KQML define uma mensagem da seguinte forma:  Cada mensagem é uma lista de parêntesis;  O primeiro elemento é chamado de “performative”;  Os restantes elementos são os chamados argumentos que são representados por pares (“keyword”, valor).

39 A. Paiva Exemplos de performativas (ask-if :content ligado(aparador-relva) :sender dono-jardim :receiver jardineiro :language PROLOG :ontology jardim)

40 A. Paiva Argumentos das Performativas em KQML :sender Quem envia a performativa :receiver Quem recebe a performativa :from Quem originou a performativa contida em :content no caso de haver encaminhamento de mensagens :to O destino final da performativa quando é usado encaminhamento :in-reply-to A etiqueta esperada de resposta a uma pergunta feita anteriormente :reply-with A etiqueta esperada para a resposta à mensagem corrente. :language A linguagem do conteúdo da performativa :ontology O nome da ontologia necessária para a interpretação do conteúdo da mensagem :content O conteúdo da mensagem-informação- sobre a qual incide a atitude da performativa.

41 A. Paiva KQML

42 A. Paiva Agentes especiais: Facilitadores Funções  Manter um registo com os nomes dos serviços disponíveis;  Re-encaminhar mensagens para os fornecedores desses serviços;  Providenciar emparelhamento entre fornecedores e consumidores de informação;  Servir como mediadores e tradutores.

43 A. Paiva Comunicação usando um facilitador

44 A. Paiva Comunicação entre agentes

45 A. Paiva FIPA: uma outra aproximação

46 A. Paiva Requisitos  Requisito 1-Os agentes devem enviar um “not-understand”quando receberem uma mensagem que nao reconhecem ou quando recebem uma mensagem que sao incapazes de processar o seu conteudo. Por outro lado, os agentes devem estar preparados para receber e tratar mensagens “not-understand” vindas de outros agentes.  Requisito 2- Um agente ACL compliant pode implementar qualquer subconjunto dos typos de mensagens e protologos pre-definidos. A implementacao dessas mensagens deve ser correcta no que diz respeito ‘a definicao semantica dos actos de discurso.  Requisito 3- Uma agente ACL-compliant que use os actos comunicativos cujos nomes sao definidos pela especificacao FIPA’97 Part 2 devem implementar esses actos correctamente relativamente à sua definição.  Requisito 4- Os agentes podem usar os actos comunicativos, não definidos no documento de especificação, e são responsáveis por garatir que o agente receptor compreende os significado do acto. Os agentes não devem no entanto definir actos que ja’ estao definidos nos standard actos.  Requisito 5- Um agente ACL-compliant deve gerar mensagens correctamente e sintaticamente bem formadas na forma que deseja que a mensagem seja enviada. De forma paralela os agentes devem poder interpretar e traduzir as sequencias de caracteres de uma mensagem bem formada.

47 A. Paiva Formato de mensagem em FIPA-ACL (inform :senderjardineiro :receiver toby :content (come osso) :reply-withresp :language j1 :ontologyjardim )

48 A. Paiva Bibliografia da Aula  A Mente e o mundo lá fora, H. Coelho e A. Paiva.

49 A. Paiva Problemas a resolver Problema dos comportamentos sociais e individuais Como especificar os comportamentos sociais dos agentes? Como é que os comportamentos dos outros e da sociedade influenciam o comportamento individual? Problema da estrutura da organização Como organizar uma sociedade de agentes para que no global, esta execute a tarefa desejada? Qual o tipo de estrutura mais adequada para a tarefa em causa? Como definir os aspectos do comportamento individual para que sejam integrados na sociedade levando a um comportamento global desejado? Que tipos de mecanismos há que levem ao surgimento e desaparecimento de sociedades?

50 A. Paiva Problemas a resolver  Problema da comunicação entre agentes Que tipo de comunicação entre agentes é a mais adequada à estrutura escolhida? Que linguagens de comunicação existem e podem ser usadas para a comunicação entre agentes numa sociedade de agentes? Que conceitos (ontologias) são necessários ser partilhados para que os elementos da sociedade consigam interpretar as mensagens recebidas?  Cooperação, colaboração e negociação Que mecanismos de cooperação são necessários para que os agentes executem cooperativamente uma dada tarefa? Que estruturas de organização são as mais adequadas para determinados tipos de cooperação? Que linguagens existem que podem ser usadas para permitir a cooperação e negociação entre agentes numa sociedade?